灌區節水改造工程砂礫石換填試驗研究

張 波

（喀什地區水利水電勘測設計院，新疆 喀什 844000）

1 工程概況

巴楚縣葉爾羌河灌區節水改造工程拜什托普支渠位于巴楚縣西南部，距縣城108 km，工程區年平均氣溫11.7℃，1月份最冷，平均氣溫-7.4℃，7月份最熱，平均氣溫26.0℃；極端最高氣溫42.7℃，最低氣溫-24.2℃。無霜期長，封凍期較短，歷年無霜期一般為213 d。多年平均凍土深度0.41 m，巴楚縣城區域內的最大凍土深為0.65 m。支渠改建長度11.05 km，渠首端高程為1106.32 km，渠末段高程為1104.2 km。

2 工程地質條件

第①層為粉土：土黃色、松散～稍密，濕陷系數δs=0.001～0.003，為非濕陷性土，連續分布，其厚度為0.5m～2.5m之間；第②層為淤泥質土夾層：灰黑色、松散，濕陷系數δs=0.002～0.005，為非濕陷性土，連續分布，其厚度為0.25 m～0.60 m之間；中間夾少量粘土層，不連續分布，其厚度為0.20 m～0.50 m之間；第③層為巨厚的粉砂，青灰色，飽和、呈松散至稍密態、其厚度大于勘探深度。粉土層、淤泥質土層、粉砂層物理力學性質見表 1～3。

表1 粉土層物理力學性質表

表2 淤泥質土層物理力學性質表

表3 粉砂層物理力學性質表

拜什托普支渠的地基巖性以粉土、粉砂和淤泥及粘土為主。渠道邊坡穩定性較差，邊坡有變形破壞的可能。根據現場和室內試驗所得的成果，建議內坡不應陡于1∶1.75。通過對此區域粉砂層的試驗資料和液化初判方法，屬液化土層。根據標貫實驗，液化深度為7.0 m，因此需采取防液化措施。

3 砂礫石換填試驗設計及施工參數

3.1 換填材料

為進行砂礫石換填試驗，在工程區取料場選取三組試樣，分別標號X1-1、X1-2、X1-3后，進行顆分、熔鹽、有機質含量和擊實試驗。由于不均勻系數Cu＞5，曲率系數Cc∈(1，3)，所以三組試樣級配良好，且含鹽量、含泥量、有機質含量均符合《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012），換填材料試樣參數成果見表4。

表4 換填材料試樣參數成果

3.2 換填試驗設計

3.2.1 試驗方案

本工程換填材料選用天然級配砂礫石，碾壓過程使用LG 518A機械驅動單鋼輪振動壓路機，單層虛鋪厚度控制在450 mm±10mm，總的換填碾壓層數為10層。碾壓遍數根據所對應攤鋪層實際密度確定，攤鋪層承載力指標由平板荷載試驗確定，攤鋪層橫向及縱向強度變動則由圓錐動力觸探試驗進行檢驗。最后根據換填墊層地基的均勻度和密實度指標檢驗和評價換填效果。

3.2.2 碾壓遍數

選取5 m×30 m的試驗區域進行最優碾壓遍數試驗，將在所設定的碾壓遍數下進行換填墊層壓實度試驗，根據碾壓遍數與壓實度的對應關系（表5）進行最優碾壓遍數的確定。

表5 碾壓遍數與壓實度的對應

由上表數據可知，當碾壓遍數達到8遍時攤鋪層壓實度增加速度放緩，故應將振動碾壓遍數設定為8遍，所對應的虛鋪層厚度450 mm±10 mm，即采用1遍靜壓→8遍振動碾壓→1遍靜壓的碾壓試驗工藝。

3.3 砂礫石換填試驗施工參數

3.3.1 填筑土料

該渠道填方土料是首先充分利用老渠堤料，地層巖性為粉土和粉砂為主，粉土天然密度為1.82 g/cm3～1.88 g/cm3，干密度為1.48 g/cm3～1.53 g/cm3。根據室內擊實試驗，25擊次最優含水量17.4%，最大干密度1.66 g/cm3。碾壓時壓實度必須＞0.96。取土時將表層0.2 m～0.5 m鏟除，樹根、草根都必須清掉。

根據實地勘探，工程所需填筑土料可從民生渠河床內開采。其巖性為粉土和粉砂混合土。天然含水量20%～30%之間，易溶鹽含量低，可開采厚度1.0 m～1.5 m以上，可采量為1000萬m3，開采時將表層0.1 m～0.3 m鏟除，并必須翻曬。根據室內擊實試驗25擊次，最優含水量16.8%，最大干密度1.54 g/cm3，粘粒含量6.9%，滲透系數2.8×10-3cm/s，除粘粒含量偏低，含水量稍偏高以外均滿足規范要求，平均運距5.0 km，建議壓實度控制在0.96。

3.3.2 碾壓設備

所采用的LG518A機械驅動單鋼輪振動壓路機工作質量≥20 t，振動行駛速度≤2.5 km/h，振動輪靜置荷載≥480 N/cm，激振力＞410 kN，碾壓錯位誤差≤0.3 cm。砂礫石換填墊層施工時單層虛鋪厚度實際為38.5 cm～45.0 cm，壓實后的厚度為30.1 cm～35.0 cm，10層總換填碾壓層數的總厚度為4.011 m，實際壓實率達0.84。

4 地基換填效果檢驗

4.1 荷載試驗

在拜什托普支渠換填碾壓試驗區域設置三處試驗點M1、M2、M3，剛性承壓板面積均按1.5 m2設計，并根據《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）的規定進行荷載試驗，換填墊層承載力特征值所對應荷載均比最大荷載的一半要小。土層變形模量E0計算公式為：

式中：I0為承壓板形狀系數，本次試驗所選用圓形承壓板I0=0.791；μ為土體泊松比，此處取μ=0.283；p為應力～沉降量曲線上線性段承載力，kPa；s為應力～沉降量曲線上與p所對應的沉降量,mm；d為剛性圓形承壓板直徑,m，取d=0.6912 m。拜什托普砂礫石換填荷載試驗結果見表6。

表6 拜什托普砂礫石換填荷載試驗結果

綜上，拜什托普支渠砂礫石換填墊層承載力特征值取770 kPa，土層變形模量取58.46 MPa。

4.2 重型圓錐動力觸探試驗

圖1 重型圓錐動力觸探試驗結果

重型圓錐動力觸探試驗主要用于墊層橫向及豎向強度變動趨勢檢驗，在拜什托普支渠砂礫石換填試驗區設置4個深度3 m的試驗點T1、T2、T3、T4，重型圓錐動力觸探試驗所得擊數與深度的關系見圖1。圖1表明，重型圓錐動力觸探試驗過程中擊數在橫向上的變換比價均勻，而在縱向上的變化隨深度增加變動趨勢增大，變動趨勢規律及取值范圍均符合《建筑地基處理技術規范》（JGJ 79-2012）。

5 結論

本文對巴楚縣葉爾羌河灌區節水改造工程拜什托普支渠砂礫石換填試驗研究結果表明，換填法地基處理技術經濟實用，地基處理方案以天然級配砂礫石作為換填碾壓墊層符合承載力及變形的設計規范，對于拜什托普支渠工程地基處理完全適用，只要保證碾壓遍數、填筑土料、碾壓設備等參數選取的合理性與適用性，必將取得良好的工程效果。